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1、塑料模具在生产生活中的应用及塑料模理论的发展状况摘要： 欧美工业发达国家将模具比喻为“点铁成金”的“磁力工业”、“金钥匙”、“金属加工帝皇”、“进入富裕社会的原动力”。在我国把模具称为“工业之母”、和“无以伦比的效益放大器”。目前正值我国经济飞速发展时期，塑料工业也得到前所未有的发展，塑料模具也正越来越在显示其在工业生产中的基础作用，但就在塑料模具得到高速发展的同时，由于自身先天不足的原因，以及国外先进技术与高质量制品的竞争，塑料模具也面临着前所未有的挑战。关键词：挑战；塑料模具；发展；近年来,我国塑料模具业发展相当快，目前，塑料模具在整个模具行业中约占30%左右。当前，国内塑料模具市场以注塑
2、模具需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具。我国国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，仅汽车行业将需要各种塑料制品36万吨；电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过1000万台；彩电的年产量己超过3000万台。到2010年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为30%，塑料管的普及率将达到50%，这些都会大大增加对模具的需求量。建筑、建材业塑料建材可大量代钢、代木、替代传统建材，将在今后得到越来越多的应用。预测2005年建筑用塑料制品的占总产量16%，约400万吨，因此塑料建材模具需求量将增长较快。由于国家己明令禁止使用铸铁管道，代之以塑料管材，预计2010年全国新建住宅室内排水管80
3、%及城市供水50%将采用塑料管。同时，国家正在大力发展塑料门窗，到2010年塑料门窗和塑料管的普及率将达到30%-50%，塑料排水管的市场占有率将超过50%。 因此，有专家预测，在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将逐步提高，且发展速度将高于其他模具。2.2塑料模具的地位和发展近年来,我国塑料模具业发展相当快，目前，塑料模具在整个模具行业中约占30%左右。当前，国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具。我国国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，仅汽车行业将需要各种塑料制品36万吨；电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过1000万台；彩电的年产量己超过3
4、000万台。到2010年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为30%，塑料管的普及率将达到50%，这些都会大大增加对模具的需求量。 建筑、建材业塑料建材可大量代钢、代木、替代传统建材，将在今后得到越来越多的应用。预测2005年建筑用塑料制品的占总产量16%，约400万吨，因此塑料建材模具需求量将增长较快。由于国家己明令禁止使用铸铁管道，代之以塑料管材，预计2010年全国新建住宅室内排水管80%及城市供水50%将采用塑料管。同时，国家正在大力发展塑料门窗，到2010年塑料门窗和塑料管的普及率将达到30%-50%，塑料排水管的市场占有率将超过50%。家电行业近期家电业所需模具量年增长率为10%
5、。一台电冰箱约需模具350副，价值约400万元；一台全自动洗衣机约需模具200副，价值3000万元；一台空调器仅塑料模具就有20副，价值150万元；单台彩电大约共需模具140副，价值约700万元。则仅彩电模具每年就有约28亿元的市场。随着家电市场竞争的白热化，外壳设计成为重要的一环，对家电外壳的色彩、手感、精度、壁厚等都提出新要求。业内人士普遍认为，大型、精密、设计合理（主要针对薄壁制品）的注塑模具将得到市场的欢迎。因此，有专家预测，在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将逐步提高，且发展速度将高于其他模具。3塑料模具制造业的发展与研究3.1纳米技术让塑料模具业渐入佳境纳米粉体或粒子的
6、制造是目前纳米技术最为成功的商业化应用，但事实上并不是一个突破性的发明，而是利用过去传统的微细加工技术，然后引入纳米概念，所创造出来的新技术概念。若要提到突破性、前瞻性的创新发明，纳米零组件或纳米机械设备或许更为贴切一些，在这一方面，科学家的早期的构想是，利用具有人工智能的纳米机器人，以实现纳米产品自动化、量产化的目标，也就是利用纳米机器人，直接按照产品的形状进行原子或分子排列，从而实现无模生产方式。然而以目前的技术来说，虽然用来操控原子的装置，如STM或AFM已发明出来并成功的应用，但事实上它仍然是非常高难度的技术，不但动作流程复杂，且成本极高，目前的技术水准仍只能用来堆积平面的图案。论及纳
7、米已发明出来并成功的应用，论及纳米3D对象甚或结构复杂的原子机器人，尚有一段很长的路要走。既然以STM或纳米机器人来生产是不切实际的想法，那是否有其它方式可以达到量产纳米产品的目标呢？最简单的方法即是采用纳米模具作为生产机具。纳米模具的定义纳米模具的定义有两种：1精度及尺寸达到纳米级的模具，例如纳米碳管、纳米塑料模具；2利用表面处理，在模具表面被覆一层纳米级镀膜材料，以增强模具强度，减少磨损，延长使用寿命，这样所得的模具亦可称之为纳米模具。不过，严格来说第一种定义较为贴切，第二种解释则与一般的表面处理没有多大差别。纳米碳管模具由日本NEC公司饭岛澄男所发现的纳米碳管（CNT），是一种具有特殊结
8、构（径向尺寸为纳米级，轴向尺寸为微米级，故其长径比很大，常达千倍以上）的一维纳米材料，由于CNT具有很多优异而独特的光学、电学和机械性质，具有极大的应用潜力，是目前世界各国争相研究的重点材料之一。由于CNT是中空的，且可以被“溶解”，因此适合作为纳米模具的素材，这也是CNT的主要应用之一。CNT模具利用诸如金等合适金属灌满碳管后，接着把碳层腐蚀掉，可以制作出使用在电子连接器上的纳米导线和具有高速选择性的“分子筛”。目前，利用CNT制得纳米金属线是最为可靠的方法。纳米模具除了CNT以外，也可以采用极短波长的辐射波制成纳米模具，并采用特殊加工制成精度达纳米级的纳米产品。日本利用该方法制成超微塑料模
9、具，而后浸泡在电镀液里，从电镀液中析出金属，然后在模具中形成精细零件，产品的精度可达3050nm。结合纳米技术的模具根据纳米模具定义的第二种解释，其范畴非常广泛。工模具一般需要承受高温、高压、高摩擦以及交变应力和局部应力集中作用，制程环境非常恶劣，因此模具常由于磨损、压塌、裂纹、条纹、塑性变形、弯曲、折断而失效报废。利用纳米技术，运用于工模具，可以有效排除造成模具报废的原因，进而提高模具寿命。3.2 制造设备的发展带来模具制造业的快速发展模具制造是典型的单件小批量生产方式。数控技术的发展不仅大大缩短了模具制造周期而且大大提高了模具的制造精度。还使模具制造越来越自动化。大大降低了模具制造的成本。
10、而且一些复杂精密的大型模具不在数控设备几乎不能完成。在日本的模具制造企业，几乎已普遍采用CNC机床、加工中心(MC)或CNC电火花加工设备。据名古屋金型公司工作人员介绍，由于采用CNC机床、加工中心等先进加工设备，大大缩短了模具的交货期限，降低了生产成本。公司生产的汽车前后尾灯灯罩注塑模具交货期限为三个月，其中用于CAD和CAM的时间分别各为约100小时，机械加工时间100小时左右，其余时间为抛光和装配。在这个以生产汽车前后尾灯灯罩注塑模具为主的小型模具厂，在20多台机加工设备中，电火花成形加工设备约占1/3，CNC铣床和加工中心约占2/3，只有1台加工深孔的枪钻为半自动设备。 在日本的模具制
11、造企业，很少用到仿形铣床，其原因一是由于仿形铣床加工精度较低，增加了抛光工作量和时间；二是制作仿形件增加了生产费用和时间。有些模具制造厂电火花成形加工机床的使用量也在减少。 在东芝机械模具厂，几台仿形铣床被用作普通铣削加工。其工作人员指出：由于高速铣削技术发展很快，而且加工精度、效率不断提高，生产周期缩短，电火花加工制作工具电极不仅需要时间，还增加了生产成本，很可能要被取代 在日本模具制造行业，仿形铣削工艺有被取代的趋势。关于高速铣削，在日本模具制造行业和机床行业都是一个热门话题。其关键技术一是要求高精度、高转速的机床主轴，二是要求使用适应高速切削、耐高温的铣刀。 名古屋金型公司使用的高速铣削
12、加工中心(三轴数控)，它使用一个专用的高速气压轴承铣削头，转速达到20000rpm。在生产锻件为主的万能工业株式会社，使用瑞士和日本合资生产的Matsuura FX-5高速CNC铣床(铣刀转速最高可达30000rpm，铣削精度0.01mm)加工锻模，该铣床还配备了专用的CAM软件。日本OKUMA金属切削机床公司研制生产了五轴高速模具加工中心OKUMA MICR-BI-HP(n=30000rpm，f=30m/min)，并为该机床及产品配备了CAD/CAM软件。我国的模具生产设备有比以前得到了很大的改善，国产制造设备也在不停的跟新换代，甚至有些产品已经达到世界先进水平，我国还大量进口了发达国家的先
13、进设备，就是这些设备大大推动了模具制造业的发展。3.3 CAD/CAM集成技术在塑料模具制造中的应用模具CAD集成技术是一项重要的模具先进制造技术, 是一项用高技术改造模具传统技术的重要关键技术。从六五计划开始, 我国有许多模具企业采用CAD技术, 特别是近年, CAD技术的应用越来越普遍和深入, 大大缩短了模具设计周期, 提高了制模质量和复杂模具的制造能力。然而, 由于许多企业对模具CAD集成技术认识不足, 投资带有盲目性, 不能很好地发挥作用, 造成了很大的浪费。（1）塑料模具CAD集成技术 塑料模具的制造, 包括塑料产品的造型设计、模具的结构设计及分析、模具的数控加工(铣削、电加工、线切
14、割等)、抛光和配试模以及快速成形制造等。各个环节所涉及的CAD单元技术有： 造型和结构设计(CAD)、产品外形的快速反求(RE)、结构分析与优化设计(CAE)、辅助制造(CAM)、加工过程虚拟仿真(SIMULATION)、产品及模具的快速成形(RP)、辅助工艺过程(CAPP)和产品数据管理技术(PDM)等。塑料模具CAD集成技术, 就是把塑料模具制造过程所涉及的各项单元技术集成起来, 统一数据库和文件传输格式, 实现信息集成和数据资源共享, 从而大大缩短模具的设计制造周期, 提高制模质量。（2）塑料产品的CAD设计与外形的快速反求 进行塑料模具设计制造的第一步是塑件产品的设计。传统产品设计方法
15、是设计者对产品的三维构思用二维平面图纸表达出来, 图纸上标明工艺及施工方法, 这种方法决定了所设计图形的简单性及不能直接控制制造质量。现代设计方法是设计者在电脑上直接建立产品的三维模型, 根据产品三维模型进行模具结构设计及优化设计, 再根据模具结构设计三维模型进行加工编程及编制工艺计划。这种方法使产品模型设计、模具结构设计、加工编程及工艺设计都以3D数据为基础, 实现数据共享, 不仅能快速提高设计效率, 而且能保证质量, 降低成本。 电脑塑件产品模型的来源有三种： 利用CAD系统软件进行产品模型设计、利用实物测量进行快速反求建模、利用其它CAD系统的标准格式文件。针对这三种产品模型的来源方式,
16、 目前已研究出各种技术来提高产品模型的设计效率和质量。下面进一步分析各种技术的内涵和特点。 利用CAD系统软件进行产品模型设计, 其技术主要包括二维几何图形的绘制、二维参数化图形的设计、三维实体造型设计、三维特征造型设计、三维参数化实体造型设计、三维曲面造型设计、空间自由造型设计、产品的外观渲染、产品的动态广告设计等等。这些软件有许多典型的代表。二维软件有： ME10、CADKEY、AUTOCAD、DHCAD、Genis、Sigraph等； 三维软件有： UGII、PRO/E、IDEAS、CATIA、EUCLID等； 产品自由造型及广告设计的软件有： Alias、CDRS等。二维几何图形的绘制是利用平面CAD软件绘制零件图形, 即用计算机代替手工绘图； 而二维参数化, 即计算机实现了图形的变量设计, 使修改更加方便； 三
